بخشی از مقاله
چکیده
ویژگی های ژئومورفولوژیکی، پایه و اساس بررسی های منابع طبیعی حوزه های آبخیز به شمار می رود و تحت تاثیر عوامل اقلیم، زمین شناسی، پوشش گیاهی، فیزیوگرافی، هیدرلوژی و خاک قرار می گیرند. این ویژگی ها در سه گروه خطی، پستی و بلندی و سطحی گروه بندی می شوند. استخراج ویژگی های ژئومورفیک، با روش های متداول همواره وقت گیر و پرهزینه می باشد .
اخیرا استخراج این خصوصیات با استفاده از مدل رقومی ارتفاع در GIS به عنوان یک روش مناسب نسبت به روش های قدیمی توسعه یافته است. استفاده از توانمندی های GIS در جهت بررسی و تجزیه و تحلیل های ژئومورفولوژیکی می تواند در بهبود مدل سازی هیدرولوژیکی حوزه های آبخیز مورد استفاده قرار گیرد. هدف از این پژوهش استفاده از قابلیت های GIS به منظور استخراج و تجزیه و تحلیل 16 ویژگی ژئومورفیک حوزه آبخیز فریمان در استان خراسان رضوی می باشد.
-1 مقدمه
ویژگیهای ژئومورفیکی حوزههای آبخیز به مجموعه عوامل فیزیکی گفته میشود که تحت تاثیر اقلیم، زمینشناسی، پوششگیاهی، فیزیوگرافی، هیدرولوژی و خاک قرار دارند و مقادیر آنها برای هر حوضه به نسبت ثابت است - آبدیده و همکاران،. - 1390 ویژگیهای ژئومورفیکی حوزههای آبخیز در سه گروه خطی1، پستی و بلندی2و سطحی3 گروهبندی میشوند . - Singh,1998 - ویژگیهای خطی حوضه شامل رتبه آبراهههای حوضه، تعداد آبراهه، نسبت انشعاب و طول آبراههها است. ویژگیهای پستی و بلندی حوزهآبخیز شامل ویژگیهای سه بعدی حوضه مانند پستی و بلندی حوضه4، عدد ناهمواری5 و پستی و بلندی نسبی6 میباشد
ویژگیهای سطحی حوضه در برگیرنده ویژگیهای ریختسنجی مرتبط با سطح مانند تراکم زهکشی، فراوانی آبراههها7 و پارامترهای شکل حوضه است. استخراج این خصوصیات با روشهای متداول همواره وقت-گیر و پرهزینه میباشد. اخیرا استخراج پارامترهای ژئومورفیک، با استفاده از مدل رقومی ارتفاع8 در GIS به عنوان یک روش مناسب نسبت به روش های قدیمی توسعه یافته است
استفاده از توانمندیهای GIS در جهت بررسی و تجزیه و تحلیلهای ژئومورفولوژیکی میتواند در بهبود مدلسازی هیدرولوژیکی حوزههای آبخیز مورد استفاده قرار گیرد. لذا در این پژوهش از قابلیتهای GIS به منظور استخراج و تجزیه و تحلیل خصوصیات ژئومورفیک حوزهآبخیز فریمان در استان خراسان رضوی استفاده گردید.
-2 مواد و روشها
2-1 منطقه مورد مطالعه
حوزه آبخیز فریمان با وسعت 6103 کیلومتر مربع بخشی از حوزهآبریز قرهقوم میباشد که در استان خراسان رضوی واقع شده است. حداکثر و حداقل ارتفاع حوضه به ترتیب 2908 و 648 متر از سطح دریا میباشد و متوسط بارندگی سالانه 160 میلیمتر در سال میباشد. شکل1 موقعیت حوزهآبخیز فریمان را در استان خراسان رضوی نشان میدهد.
2-2 محاسبه پارامترهای ژئومورفیک با سامانه اطلاعات جغرافیایی
در این پژوهش به منظور استخراج ویژگیهای ژئومورفیک حوضه مورد مطالعه از مدل رقومی ارتفاع منطقه استفاده گردید. بدین منظور مدل رقومی ارتفاع حوزهآبخیز فریمان از سایت سازمان زمین شناسی امریکا9، مربوط به سنجنده Aster با فرمت GeoTIFF و با دقت مکانی30 متر دانلود و وارد افزونه Arc Hydro در نرمافزارArc GIS10.3 گردید. Arc Hydro یک مدل دادهای زمین - مکانی است و جزء برنامههای الحاقی Arc GIS محسوب میگردد و یکی از مهمترین ابزارهای نرمافزار Arc GIS است که در مسائل مربوط به هیدرولوژی مورد استفاده قرار میگیرد.
در این پژوهش با استفاده از این افزونه تصحیحات لازم از قبیل حذف چالههای هیدرولوژیکی با ابزار Fill Sink در نقشه DEM انجام گردید و سپس پیشپرازشهای لازم برای تشخیص الگوی زهکشی سطح زمین برای تولید شبکه هیدروگرافی انجام گردید. با مشخص کردن نقطه خروجی حوضه، مرز دقیق حوضه و شبکه آبراههها استخراج و سپس نقشه جهت جریان آبراهه10 تهیه گردید.
شکل -1 موقعیت حوزهآبخیز فریمان در استان خراسان رضوی
شیب برای هریک از سلولها بر اساس ارتفاع نقاط و فاصله آنها بر حسب درجه و یا درصد محاسبه میشود. بهطوری که ارزش هر سلول در نقشه شیب، معادل شیب متوسط آن در جهات مختلف است. در این پژوهش شیب حوضه بر حسب درصد محاسبه گردید. همچنین نقشه جهت شیب حوضه با استفاده از توابع موجود در نرمافزار، بر روی لایه مدل رقومی ارتفاع اعمال گردید و نقشه جهت شیب با 8 کلاس بدست آمد.
رتبه بندی آبراهه ها با روش استراهلر و توسط ابزار Stream order تهیه گردید. پس از محاسبه خصوصیات ژئومورفیک اولیه اقدام به محاسبه ویژگیهای ثانویه و ترکیبی گردید. در جدول1 ویژگیهای ژئومورفیکی برای حوزهآبخیز فریمان ارایه شده است.
پارامترهای خطی نسبت مستقیم با مقدار فرسایش دارد در یک حوضه تعداد کمتر آبراههها معرف بلوغ توپوگرافی مناطق مجاور آبراهه است و تعداد بالاتر آبراههها در هر شاخه نشاندهنده این است که هنوز منطقه تحت تاثیر فرسایش است
طول آبراهه یکی از مهمترین خصوصیات هیدرولوژی حوضه است و نقش مهمی در مطالعات فیزیوگرافی، هیدرولوژی، فرسایش و رسوب یک حوزه-آبخیز دارد. عموما در حوضههای مسطح طول آبراههها بیشتر میباشد نسبت انشعاب پارامتر دیگری است که از، نسبت بین تعداد آبراهه در هر رتبه به تعداد آبراهه در رتبه پایینتر بدست میآید. هر چه نسبت انشعاب کوچکتر باشد نشاندهنده این است
هیدروگراف سیلاب تیزتر خواهد بود - رحمتی و همکاران، . - 1394 تراکم زهکشی یکی از مهمترین پارامترهای ژئومورفولوژیکی حوزهآبخیز است که اغلب از آن به عنوان شاخصی برای بیان وضعیت آبراهههای حوضه، بارندگی، رواناب، ظرفیت نفوذپذیری، تکامل توپوگرافی و فرسایش حوضه استفاده میشود. فراوانی آبراهه به تعداد کل آبراهه همه رتبه به ازای واحد سطح بیان میشود این شاخص همبستگی مثبتی با تراکم زهکشی در حوزهآبخیز دارد .
بافت زهکشی به برخی فاکتورهای طبیعی نظیر اقلیم، بارش، پوشش، نوع سنگ و خاک، ظرفیت نفوذپذیری، مرحله تکامل ناهمواری و... بستگی دارد بافت سنگها به طور کلی به نوع پوششگیاهی و اقلیم بستگی دارد .
پستی و بلندی حوضه نقش مهمی در توسعه زهکشی، حرکت آبهای سطحی و زیرزمینی، تراوایی، توسعه اشکال سطحی زمین و ویژگی عوارض زمینی دارد. مقدار بالای ناهمواری نشاندهنده شدت جریان آب، نفوذ پایین و مقدار بالای رواناب میباشد
ناهمواری حوضه اختلاف میان مرتفعترین تا پستترین نقطه در حوضه را نشان میدهد. یکی دیگر از پارامترهای پستی و بلندی، نسبت پستی و بلندی می-باشد که برابر است با تانژانت زاویهای که بین دو صفحه متقاطع در خروجی حوزهآبخیز ایجاد شده است
بین میانگین شیب و نسبت پستی و بلندی رابطه عکس وجود دارد و افزایش این نسبت در شیبهای تندتر منجر به رسوبدهی کمتر میشود. مقادیر بالای عدد ناهمواری نشاندهنده نقاط مستعد برای فرسایش است. پارامتر دیگر شاخص انشعاب است که برای درک بهتر مورفومتری، ویژگیهای فیزیوگرافی و نوع زمین تعیین میشود
انشعاب نسبت بین تخریب واقعی توسط رودخانه و پتانسیل آن از سطح پایه را نشان می-دهد کم بودن مقدار شاخص انشعاب نشاندهنده پایین بودن میزان تخریب است.
جدول -1 پارامترهای ژئومورفیک حوزهآبخیز و مقادیر آن برای حوضه فریمان
